Визит Ольги в Константинополь в поисках митрополичьего епископа для Киева не увенчался успехом. Она была готова признать власть Константинопольского патриарха как главы церкви, но потребовала автономии для Русской Церкви. Ольга и русские князья боялись, что византийский император будет настаивать на том, чтобы они не только подчинились власти патриарха, но и признали власть императора. Это было реальное соображение для Ольги, учитывая близость церковно-государственных отношений в Византии. Когда ее усилия не увенчались успехом, она обратилась к Западу и попросила императора Священной Римской Империи Оттона I (р. 962—973) назначить архиепископа в Киев и прислать священников в Россию. Когда Оттон послал Адальберта Трирского, обычного епископа с ограниченными полномочиями, Ольга поняла, что Русская церковь будет подчинена немецкому духовенству. По прибытии Адальберта в Киев он встретил такой недружелюбный прием, что отказался от своей миссии и вернулся в Трир в 962 году.
Ольга приняла христианство, но не смогла добиться международного признания Русской церкви. Ей также не удалось склонить к христианству своего сына Святослава. Однажды он сказал ей, что его товарищи будут смеяться над ним, если он примет ее религию. Хотя он достиг совершеннолетия в 964 году, он продолжал позволять Ольге доминировать в своем правительстве, потому что он, как и его отец, постоянно участвовал в военных кампаниях. Она никогда не могла убедить его мирно оставаться в Киеве и управлять своим народом.
Ольга умерла после продолжительной болезни 11 июля 969 года. Несмотря на свое неодобрение, Святослав уважил просьбу своей матери о том, чтобы ее священник Григорий провел христианские похороны без ритуального языческого погребального пира. Ее обращение и преданность христианству, безусловно, укрепили христианскую партию в Киевской Руси, но это не привело к обращению всего королевства. Святослав I (ок. 962—972) оставался язычником до своей смерти во время кампании против печенегов в 972 году. Его сын и преемник Владимир (ок. 980—1015) официально принял православие для русских в 988 году. Понимая, что Ольга и Владимир ознаменовали переход между языческой и христианской Русью, Русская Православная церковь причислила их обоих к лику святых. День памяти Ольги – 11 июля. Ее могила более двух столетий находилась в Киеве, но была разрушена в 1240 году монголо-татарскими войсками Бату-хана.